Универсальные наборы микросхем для сетей следующего поколения
Беспроводные сети следующего поколения будут поддерживать сразу несколько протоколов, а основная их особенность заключается в том, что многорежимные наборы микросхем позволят осуществлять управление всеми этими стандартами одновременно. Кандидаты на роль протоколов (к ним относятся Wi-Fi, Wi-Fi5, HiperLAN, IEEE 802.11g и Bluetooth) обладают принципиально отличными друг от друга и несовместимыми характеристиками. Совместимость же должны обеспечить многорежимные наборы микросхем.
Основная сложность здесь состоит в том, что протоколы беспроводных сетей работают в различных частотных диапазонах. Wi-Fi, IEEE 802.11g и Bluetooth используют диапазон 2,4-2,383 ГГц. Wi-Fi5 и HiperLAN ориентированы на частоту 5,15-5,35 ГГц. Таким образом, внутренний передатчик должен обладать способностью автоматически настраиваться на оба диапазона и выбирать нужный в той или иной ситуации частотный канал.
Протокол Wi-Fi построен на основе модуляции одной несущей частоты. Это позволяет пересылать данные со скоростью 11 Мбит/с и 5,5 Мбит/с. Протоколы Wi-Fi5 и HiperLAN предусматривают модуляцию нескольких несущих и обеспечивают пропускную способность до 54 Мбит/с.
В стандарте IEEE 802.11g используется технология с ортогональным разделением частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) для передачи данных со скоростью 54 Мбит/с и метод двоичной свертки Packet Binary Convolutional Code для достижения пропускной способности 22 или 33 Мбит/с.
Технология Bluetooth базируется на частотной модуляции с гауссовским сглаживанием (Gaussian Frequency Shift Keying) и позволяет доставлять данные со скоростью 1 Мбит/с.
Основные функции средств обработки базовой полосы заключаются в том, чтобы генерировать последовательность частотных скачков и преобразовывать аналоговые сигналы в блоки цифровых данных в режиме приема, а также осуществлять обратное преобразование в режиме передачи. На первом этапе в режиме приема аналоговые данные преобразуются в цифровые. В дальнейшем оцифрованные сигналы демодулируются обработчиком базовой полосы частот.
Многорежимный обработчик базовой полосы отвечает также за реализацию необходимых управляющих функций, включая временную и частотную синхронизацию при помощи передатчика радиочастот. Все это необходимо выполнять в отведенный временной период, не имея информации о том, какая именно модуляция осуществляется при приеме сигнала.
Контроллер доступа к среде передачи данных (media access controller, MAC) отвечает за управление взаимодействием в эфире. Он принимает решение о том, когда следует переключиться в режим приема, а когда — в режим передачи, а также пересылает терминальному процессору пакеты данных, в которых нет ошибок. Поскольку все стандарты IEEE 802.11 базируются на использовании одного и того же метода MAC, а доступ к среде Bluetooth является относительно простым, определение многорежимного MAC не представляет таких сложностей, как реализация функций передатчика нужной радиочастоты и узкополосного процессора.
Главный компонент многорежимного набора микросхем для беспроводного обмена информацией — передатчик радиочастоты. Основными функциями передатчика радиочастоты является выбор канала передачи/приема, преобразование радиосигнала в узкополосный и осуществление обратного преобразования, а также выполнение операций модуляции и демодуляции. Передатчик преобразует внутренние сигналы базовой полосы в сигналы радиочастоты и задает желаемую форму волны для передачи. На принимающей стороне он удаляет из входящего сигнала частоту несущей, оставляя для принимаемых данных лишь базовые сигналы.
Для выполнения операций во всех протоколах передатчик радиочастоты должен иметь источник радиосигнала, обладающий достаточной гибкостью для Bluetooth и спектральной чистотой для OFDM. Приемник должен обеспечивать необходимую чувствительность, а передатчик — мощность, требуемую для получения устойчивого сигнала в нужном диапазоне частот. Кроме того, в передатчик следует встроить схемы для поддержания требуемого динамического диапазона и обеспечения линейности при пересылке информации по технологиям IEEE 802.11a и 802.11g с максимальной скоростью.
Основными требованиями к многорежимным средствам обработки базовой полосы являются высокая вычислительная мощность (поскольку требуется выполнять миллионы команд в секунду) и достаточная для выполнения всех необходимых операций в пределах заданного интервала времени скорость работы контроллера протокольных режимов без потребления дополнительной энергии батарей.
Требования на каждом уровне являются довольно жесткими. Но это не смущает производителей, и первые продукты, по их прогнозам, появятся уже в третьем квартале текущего года.
Многорежимные наборы
